青年女性疲劳诱发试验后腰部肌肉疲劳与疼痛发生的关系①

陈睿，周珊瑶，李洋，佘燕玲，史华彩，郭隽，黎程

青年女性疲劳诱发试验后腰部肌肉疲劳与疼痛发生的关系①

陈睿，周珊瑶，李洋，佘燕玲，史华彩，郭隽，黎程

目的 探讨疲劳诱发试验中肌肉疲劳与疼痛发生的相关性。方法 2016年7月至10月，招募21例青年女性健康志愿者进行疲劳诱发试验，采集试验前、试验过程中和试验后表面肌电信号的均方根(RMS)和中值频率(MF)，采用Borg疲劳量表、疲劳视觉模拟评分(VAS)评价疲劳程度，测定最大自主收缩力(MVC)、压力疼痛阈值(PPT)等数据。根据试验后是否诱发疼痛分为两组，比较试验前后差值。结果 Borg疲劳量表评分、疲劳VAS评分、MVC、RMS和MF在疲劳诱发前后有非常高度显著性差异(Z＞6.064,P＜0.001)。两组间疲劳诱发试验前各项指标无显著性差异，试验前后VAS评分差(t=-4.112,P=0.001)、部分测试点RMS差(t＞2.385,P＜0.05)有显著性差异；接受者操作特征曲线分析显示疲劳VAS评分差预测疼痛发生的最佳临界点为3.45，敏感性100%，特异性81.8%。结论 疲劳诱发试验中，疲劳VAS评分差对疼痛发生有一定的预测价值；RMS差与疼痛发生存在一定关联；未发现Borg疲劳量表和PPT在预测疼痛发生中的价值。

疲劳诱发试验；肌肉疲劳；疼痛；表面肌电；青年女性

非特异性腰痛(non-specific low back pain,NLBP)是指无明确诱因、组织病理学和影像学上无明显改变的腰骶部疼痛，在普通人群中的患病率达70%[1]，女性或某些特定职业的从业人员存在更高发病风险[2-3]。NLBP造成的直接和间接经济损失可达数百亿美元[4]。现阶段并没有较好的评估方法可以预测腰部疼痛的发生[5]。

近年来，多项研究表明腰部疼痛发生可能与腰部肌肉疲劳相关，疲劳达到某种程度后可能会引发肌肉疼痛[6-8]。对腰部肌肉疲劳程度进行监控、评测并进行多维度分析，有利于制定预测腰部疼痛的评估方法。本研究对多项评估指标在腰部肌肉疲劳诱发试验中的变化进行分析，探讨肌肉疲劳与疼痛发生的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

经广东省第二人民医院医学伦理委员会批准，于2016年7月至10月，向广州地区社会招募青年女性健康志愿者21名，年龄14～44岁[9]，平均(24.33±3.66)岁；体质量(49.52±8.48)kg，体质量指数(body mass index,BMI)(19.13±4.26)kg/m2。

纳入标准：①近半年内未报告腰痛症状，并根据美国卫生保健政策与研究协会(Agency for Health Care Policy and Research,AHCPR)诊断标准排除背部(胸7～骶1及臀部)不适症状(酸、麻、胀、痛等)所导致的活动受限或不受限；②疼痛现状视觉模拟评分(Visual Analogue Score,VAS)≤3[10]；③试验前2周未使用任何镇痛、麻醉相关药物；④能理解各项常用功能量表条文并完成评定，同意参加调查并签署书面知情同意书；⑤全程完成试验。

排除标准：①各种原因引起的腰痛；②腰部创伤史或外科手术史；③影像学检查发现腰部器质性病变，如腰部占位性病变、椎间盘突出、脱出等；④体内有心脏起搏器或其他电子装置；⑤并发心脑血管、肝、肾、造血系统等严重疾病，精神病；⑥妊娠或哺乳期。

1.2 方法

1.2.1 仪器

SA7550 10通道表面肌电仪，含表面肌电传感器模块、关节角度传感器模块和压力传感器模块：THOUGHT TECHNOLOGY公司。BCS-400型电子背力计：南通贝斯特公司。组合式杠铃。

1.2.2 试验设计

1.2.2.1 最大自主收缩力(maximal voluntary contraction,MVC)测量

受试者站于背力计上，双下肢直立，双臂伸直，两手指尖与手柄接触，以此高度固定链长。躯干前倾30°，两臂伸直，紧握手柄，手心向内，尽全力向上拉，3 s达到最大值后放松，记录背力计显示的数值。测试3次，每次间隔20 min，取平均值。

1.2.2.2 疲劳诱发试验

受试者站立，弯腰，双下肢保持直立，双肘不能弯曲，保持脊柱中线与地面垂线夹角为30°(利用关节角度传感器监控)。双手垂直拉起30%MVC的杠铃。要求受试者尽量保持角度准确；角度无法保持(±10%)或主观力竭时，试验结束。

1.2.3 数据采集

试验过程中，使用表面肌电传感器全程记录受试者腰背部表面肌电信号(surface electromyography,sEMG)；使用关节角度传感器监控弯腰角度；使用压力传感器检测腰椎区压力疼痛阈值(pressure pain threshold,PPT)；使用背力计测量MVC大小；使用VAS视觉评分量表和Borg疲劳量表对受试者的疲劳程度进行评估。

1.2.3.1 sEMG

采用3组，每组2个采集电极记录受试者sEMG：用酒精棉球清除皮肤表面油脂，检测电极与肌纤维方向平行，对称置于T3-4、T12～L1、L4-5左右旁开脊椎中线2 cm，分别设为 A(左 T3-4)、B(右 T3-4)、C(左 T12～L1)、D(右 T12～L1)、 E(左 L4-5)、 F(右 L4-5)。 每 秒 采 样 率1024，滤波频率50 Hz。

测试结束后，采用标准化时间轴将试验时长分为10个数据点，提取每个点的sEMG。采用BioNeuro Infinti软件对采集到的sEMG信号进行分析，提取均方根值(root mean square,RMS)和中值频率(median frequency,MF)。

1.2.3.2 MVC

使用站立式背力计测量MVC值，取3次测量值的均值。

1.2.3.3 PPT

与sEMG同法取点，用压力传感器以2 kg/(cm2⋅s)垂直施压，当受试者感觉疼痛时，快速移开传感器，读取测量值。

1.2.3.4 疲劳VAS

在纸上画一条10 cm线段，一端为0，表示无疲劳；另一端为10，表示极度疲劳。受试者根据自身疲劳感觉在线段上画一个点，线段自起端至标记点的长度为评分。

1.2.3.5 Borg疲劳量表

根据呼吸和主观疲劳感觉进行评分，分数越高，疲劳程度越严重。

1.3 统计学分析

使用SPSS 19.0进行数据处理。计量资料服从正态分布的以(xˉ±s)表示，疲劳试验前后数据比较采用配对t检验；不服从正态分布的以秩值表示，采用秩和检验。根据疲劳试验后受试者腰部的疼痛症状分为疼痛组和非疼痛组，对两组负荷时长、MVC改变百分比、VAS评分、Borg疲劳量表评分、RMS、PPT进行比较。采用接受者操作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)评价VAS评分差预测腰部疼痛发生的最佳临界点、对应的预测敏感性和特异性。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 肌肉疲劳

试验后，21例受试者Borg疲劳量表、VAS评分均显著升高(P＜0.001)，MVC显著下降(P＜0.001)。见表1。各点RMS在疲劳诱发过程中随时间呈线性递增，终段信号明显高于起始段；MF则呈线性下降趋势。见图1、图2。

表1 试验前后的MVC、VAS评分和Borg疲劳量表评分比较

表2 两组基本情况比较

2.2 组间比较

最终无痛组11例，疼痛组10例，两组间年龄、BMI，试验前Borg疲劳量表评分、VAS评分、PPT、RMS均无显著性差异(P＞0.05)。见表2～表4。

疼痛组试验前后VAS评分差明显大于无痛组(P＜0.01)；两组间负荷时长、Borg疲劳量表评分差和MVC下降比均无显著性差异(P＞0.05)。见表5。

疼痛组PPT差略大于无痛组，但无显著性差异(P＞0.05)。见表6。疼痛组E点、F点RMS差较无痛组增加(P＜0.05)，其余四点试验前后差值无显著性差异(P＞0.05)。见表7。

2.3 ROC分析

疼痛发生时，试验前后VAS评分差ROC曲线下面积为0.927(P＜0.05)，表明对疲劳诱发疼痛的预测有较高价值。以Youden指数最大值时的预测点为最佳临界点，此时VAS评分差为3.45，对应的敏感性100%，特异性81.8%。见图3。

图1 疲劳诱发试验中E、F点MF变化(n=21)

图2 疲劳诱发试验中E、F点RMS变化(n=21)

图3 VAS评分差与试验后疼痛诱发的ROC曲线

表3 两组试验前PPT比较(kg/cm2)

表4 两组试验前RMS比较

表5 两组间负荷时间、MVC下降比、Borg疲劳量表评分差和VAS评分差比较

表6 两组试验前后PPT差值比较(kg/cm2)

表7 两组试验前后RMS差值比较

3 讨论

NLBP发病率高，发病机制尚不明确，可能受众多因素影响，给诊断和治疗带来很大困难[5]。近年来，越来越多的研究提出NLBP的发病机制可能与肌肉疲劳程度相关[11]。腰部肌肉持续疲劳状态下，肌肉运动控制障碍、预激活延迟等可引起腰背部脊柱稳定性下降，进而造成椎间小关节活动紊乱、炎症发生、局部肌肉韧带损伤等，引起疼痛；而疼痛进一步抑制肌肉运动强度、调节功能，从而形成恶性循环，影响区域稳定性，导致疼痛加剧[7,12]。本研究以外加30%MVC负荷构建肌肉疲劳模型[13-14]，观察疲劳诱发试验中多项疲劳、疼痛指标的变化及相互间的关系。

sEMG作为一种无创肌肉检查手段，在探讨NLBP病理机制、展示肌肉生理特征等方面应用渐广[15-16]，可用于定性、定量分析各种状态下神经肌肉活动情况[17-18]。其中RMS反映肌肉活动时肌肉运动单位的募集活跃度，MF评估肌肉在负荷活动中的疲劳情况[19]。在疲劳诱发试验中，MF随时间进程持续左移，提示腰部肌肉处于持续疲劳状态。疲劳诱发试验前后，RMS差反映肌肉的实时状态。有研究指出，腰痛患者肌肉运动控制较差、脊柱稳定性下降，需要通过增加腰背肌纤维的募集以维持稳定性[20]。本研究显示，疼痛组低位肌肉RMS上升幅度较无痛组增加，与之相符，但仍需进一步研究RMS的变化是否对疼痛的发生有预测价值。

疲劳VAS及Borg疲劳量表是评定疲劳的主观指标[21]。本研究显示，疲劳诱发试验前后，疼痛与非疼痛组VAS评分差对预测疼痛有一定价值，临界点可定为3.45。而Borg疲劳量表作为常用的基础量表[22]，疼痛与非疼痛组评分差值无显著性差异。

有研究指出，肌肉疲劳引起疼痛的机制有可能通过降低疼痛阈值实现[23-24]。肌肉疲劳导致脊柱区疼痛阈值敏化，引发疼痛[23,25-26]。PPT能够客观反映测试点压力疼痛阈值，操作误差小。本研究显示，疲劳试验后PPT虽稍有下降，但意义不大，也未发现其与疼痛有关联。

综上所述，主观疲劳评价工具VAS疲劳前后评分差可能对疼痛发生有一定的预测价值；虽然疼痛组RMS较无痛组水平更高，但仍需要进一步探究两者的关联；暂未发现PPT对预测疼痛的作用。

由于本研究样本量较小，且均选取青年女性为试验对象，有一定局限性。有必要进行更大样本量研究，进一步探索NLBP的发病机制及康复治疗方法。

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Relationship between Lumbar Muscle Fatigue and Pain after Fatigue Induced Test in Young Women

CHEN Rui,ZHOU Shan-yao,LI Yang,SHE Yan-ling,SHI Hua-cai,GUO Jun,LI Cheng
Guangdong Traditional Medical and Sports Injury Rehabilitation Research Institute,Guangdong Second Provincial General Hospital,Guangzhou,Guangdong 510317,China

LI Cheng.E-mail:13924228992@163.com

Objective To explore the relationship between muscle fatigue and pain in lumbar muscle fatigue induced test.Methods From July to October,21 healthy female volunteers were subjected to the fatigue induced test.Their root mean square(RMS)and median frequency(MF)of the surface electromyography were collected,their fatigue were assessed with Borg Fatigue Scale and Visual Analogue Scale(VAS),and their maximal voluntary contraction(MVC)and pressure pain threshold(PPT)were measured,before,during and after experiment.They were divided into pain or no-pain groups according to the symptom,and the differences before and after test were compared.Results There was significant difference in the scores of Borg Fatigue Scale and VAS,MVC,RMS,and MF after test(Z＞6.064,P＜0.001).There was significant difference between two groups in all the data before test,and there was significant difference between two groups in the difference before and after test of the VAS score(t=-4.112,P=0.001)and RMS(t＞2.385,P＜0.05)in some points.Receiver operating characteristic curve analysis showed that the optimal cut-off point of VAS score difference was 3.45 in predicting the pain onset,with sensitivity of 100%and specificity of 81.8%.Conclusion For the fatigue induced test,the fatigue VAS score difference may predict the induced pain,and RMS difference associate with the occurrence of pain.No significant is observed of the Borg Fatigue Scale and PPT.

fatigue induced test;muscle fatigue;pain;surface electromyography;young women

R681.5

A

1006-9771(2017)09-1099-05

2017-06-06

2017-06-26)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.09.023

[本文著录格式] 陈睿，周珊瑶，李洋，等.青年女性疲劳诱发试验后腰部肌肉疲劳与疼痛发生的关系[J].中国康复理论与实践,2017,23(9):1099-1103.

CITED AS:Chen R,Zhou SY,Li Y,et al.Relationship between lumbar muscle fatigue and pain after fatigue induced test in young women[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(9):1099-1103.

1.广东省科技计划项目(No.20130319c)；2.广东省医学科学技术研究基金项目(No.A2016612)；3.广东省第二人民医院科研基金项目(No.YQ2015-018)。

广东省第二人民医院，广东省传统医学与运动伤害康复研究所，广东广州市510317。作者简介：陈睿(1981-)，男，汉族，广东广州市人，硕士，助理研究员、主治医师，主要研究方向：运动系统损伤康复的临床与基础研究。通讯作者：黎程(1973-)，男，汉族，广东高州市人，博士，主任医师，主要研究方向：运动系统损伤康复的临床与基础研究。E-mail:13924228992@163.com。